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Einblendvorrichtung und Computertomographiegerät mit einer
strahlerseitigen Einblendvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Einblendvorrichtung
zum Begrenzen eines Röntgenstrahlenbündels, mit
wenigstens einem Absorberelement, durch welches mindestens ein Schlitz
zum Durchtritt des Röntgenstrahlenbündels begrenzbar
ist. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Computertomographiegerät mit einem
um eine Systemachse rotierbaren Röntgenstrahler, mit einem Röntgendetektor
und mit einer strahlerseitigen Einblendvorrichtung.
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Bei der Untersuchung eines Untersuchungsobjekts
oder eines Patienten in einem Röntgendiagnostikgerät wird das
Untersuchungsobjekt in ein von einer Röntgenstrahlenquelle ausgesandtes
Röntgenstrahlenbündel eingebracht
und die hieraus resultierende Strahlabschwächung von einem Röntgendetektor
detektiert. Das Untersuchungsobjekt befindet sich also im Strahlengang
zwischen dem Röntgenstrahler
und dem Röntgendetektor.
Die üblicherweise als
Röntgenstrahler
verwendeten Röntgenröhren strahlen
Röntgenstrahlung
in einem erheblich größeren Raumwinkel
ab, als er zur Untersuchung am Patienten benötigt wird. Um eine unnötige Strahlenbelastung
des Patienten zu vermeiden, besteht somit die Notwendigkeit, nicht
benötigte
Röntgenstrahlen auszublenden.
Hierzu ist es in konventionellen Röntgengeräten bekannt, im Strahlengang
unmittelbar nach dem Röntgenstrahler
eine strahlerseitige Einblendvorrichtung anzubringen, die auch als
Primärstrahlenblende
bezeichnet wird. Eine solche Primärstrahlenblende mit gegenläufig zueinander
bewegbaren Blendenplatten als Absorberelementen ist beispielsweise
bekannt aus
EP 0 187
245 A1 .
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Bei Computertomographiegeräten mit
mehrzeiligen Röntgendetektoren
kommt neben einer strahlerseitigen Einblendvorrichtung, die im Strahlengang
zwischen dem Röntgenstrahler
und dem Pa tienten angeordnet ist, häufig auch noch eine detektorseitige
oder detektornahe Strahlenblende zum Einsatz, die im Strahlengang
zwischen dem Patienten und dem Röntgendetektor
angebracht ist. Dadurch ist es möglich,
von den mehreren vorhandenen Detektorzeilen eine oder mehrere Detektorzeilen
abzudunkeln und die übrigen
Detektorzeilen als aktive Detektorzeilen einzustellen. Da bei einem
Computertomographiegerät,
insbesondere bei einem solchen der dritten Generation, der Röntgendetektor
zusammen mit dem Röntgenstrahler – auf einer
Gantry (Drehrahmen) befestigt – um
den Patienten rotiert, ist der Röntgendetektor
in der Regel in azimutaler Richtung gekrümmt. In Anpassung an diese
Geometrie, insbesondere um einen konstanten Abstand zueinander zu
realisieren, ist eine in
DE
42 26 861 C2 offenbarte detektorseitige Blende für ein Computertomographiegerät mit bogenförmigen Blendenplatten ausgebildet.
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Hinsichtlich der strahlerseitigen
Blende besteht die Zielsetzung, dass diese nur solche Strahlen passieren
lässt,
welche von dem Röntgendetektor und
insbesondere von seinen aktiven Detektorzeilen auch tatsächlich detektierbar
sind. Andere Röntgenstrahlen
würden
nur unnötig
den Patienten durchstrahlen und die Strahlenbelastung unnötig erhöhen. Da
die mehrzeiligen Röntgendetektorarrays
bei Computertomographen in der Regel mit orthogonalen Zeilen und
Spalten von Detektorelementen ausgestattet sind, besteht hinsichtlich
der Primärstrahlenblende
die Zielsetzung, ein exakt rechteckiges Strahlenbündel einzublenden.
Mit anderen Worten: Das resultierende Schichtprofil soll die gewünschte Form
und Halbwertsbreite annehmen. Bei herkömmlichen ebenen oder planen
Blendenplatten oder Absorberelementen ist dies aufgrund unterschiedlicher Abstände der
Röntgenstrahlen
des Strahlenbündels, jeweils
gemessen vom Fokus des Röntgenstrahlers bis
zum Auftreffpunkt auf der Blendenplatte, nicht perfekt möglich. Zur
Vermeidung entsprechend ungünstiger
Randeffekte bei der Einblendung ist in
US 6,396,902 B2 ein Röntgenkollimator
beschrieben, bei dem in einem Träger
oder Basiskörper
mehrere Schlitze unter schiedlicher, aber jeweils konstanter Breite
eingebracht sind, wobei der Trägerkörper derart
gekrümmt
ist, dass auch die einblendenden Schlitze gekrümmt sind. Durch die Krümmung der Schlitze
soll gewährleistet
werden, dass ein im Querschnitt exakt rechteckiges Strahlenbündel (Dosisprofil)
auf den Röntgendetektor
eingeblendet wird.
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Um für unterschiedliche Untersuchungsmethoden
mit unterschiedlich vielen aktiven Detektorzeilen oder mit einem
in Richtung der Patientenachse unterschiedlich breit eingeblendeten
Röntgenstrahlenbündel arbeiten
zu können,
muss bei dem aus
US
6,396,902 B2 bekannten Röntgenstrahlenkollimator der
gesamte, aus Röntgenstrahlen-absorbierendem
Material gefertigte Tragkörper
bewegt werden. Gemäß der dortigen
Offenbarung geschieht dies durch Rotation des Tragkörpers, weswegen
der Tragkörper
auch noch um eine zweite Achse gekrümmt ist (Schalenform). Um dabei
auch einen anderen Blendenschlitz wieder in die passende Position bringen
zu können,
müsste
sich die Rotationsachse in der Höhe
des Fokus des Röntgenstrahlers
befinden. Dies ist allenfalls mit sehr großem mechanischem Aufwand möglich.
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Alternativ müsste der rotierte Tragkörper durch
eine Schiebebewegung in die richtige Position nachjustiert werden,
was ebenfalls sehr aufwendig ist.
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Ebenfalls mit großem Aufwand verbunden ist außerdem die
Herstellung eines um zwei Achsen gekrümmten Tragkörpers, wobei dieser auch noch
aus Röntgenstrahlen-absorbierendem
Material, das heißt aus
einem Material mit hoher Ordnungszahl, gefertigt werden muss. Nachteilig
aus dem aus
US 6,396,902 B2 bekannten
Röntgenkollimator
ist außerdem
sein großes
Bauvolumen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Einblendvorrichtung anzugeben, welche mit geringem Aufwand herstellbar
ist, welche einen geringen Platzbedarf aufweist und welche dennoch
eine an die Geometrie eines ggf. zugeordneten Röntgendetektors angepasste Einblendung
erlaubt. Zu diesem Zweck soll auch ein Computertomographiegerät angegeben
werden.
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Die erstgenannte Aufgabe wird bezogen
auf die eingangs genannte Einblendvorrichtung gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
dass das Absorberelement derart geformt ist, dass der Schlitz eine
in Schlitzlängsrichtung
variierende Schlitzbreite aufweist.
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Die erfindungsgemäße Einblendvorrichtung hat
den Vorteil, dass das Absorberelement oder die Absorberelemente – um beispielsweise
eine rechteckförmige
Einblendung zu erreichen – nicht
notwendigerweise eine gekrümmte,
z.B. bananenartige, Form aufweisen muss bzw. müssen. Vielmehr kann der Schlitz
in einer Ebene liegen und muss ebenfalls nicht zu einer dritten
Dimension hin gekrümmt
sein. Das Absorberelement oder die Absorberelemente sind also vorzugsweise
eben oder im wesentlichen eben, z.B. platten- oder stabförmig. Die
Einblendvorrichtung ist somit einfach und platzspared herstellbar.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung nimmt
in Schlitzlängsrichtung
betrachtet die Schlitzbreite, insbesondere ausgehend von einer Mittenposition,
zu einem Schlitzende oder zu beiden Schlitzenden hin zu. Damit ist
besonders gut eine an eine rechteckförmige Detektorgeometrie angepasste
Einblendung erzielbar.
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Vorzugsweise weist das Absorberelement schlitzseitig
eine gekrümmte
Außenkontur
oder eine eine Krümmung
polygonartig approximierende Außenkontur
auf. Beispielsweise ist das Absorberelement oder sind die Absorberelemente
schlitzseitig konvex geformt.
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In einer besonders einfach herstellbaren Ausführung der
Einblendvorrichtung ist das Absorberelement derart geformt, dass
der Schlitz einen ersten Bereich konstanter Schlitzbreite und wenigstens
einen weiteren Bereich mit in Schlitzlängsrichtung variierender Schlitzbreite
aufweist.
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Dabei ist in Schlitzlängsrichtung
betrachtet insbesondere der erste Bereich mittig angeordnet und
beiderseits des mittigen Bereichs ist jeweils ein weiterer Bereich
mit in Schlitzlängsrichtung
variierender Schlitzbreite vorhanden.
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Nach einer ersten bevorzugten Variante
ist bei der Einblendvorrichtung nach der Erfindung neben dem bereits
genannten Absorberelement mindestens ein weiteres Absorberelement
vorhanden. Das weitere Absorberelement kann ebenfalls derart geformt
sein, dass der Schlitz eine in Schlitzlängsrichtung variierende Schlitzbreite
aufweist. Insbesondere ist das weitere Absorberelement in gleicher
Weise wie das bereits genannte Absorberelement geformt, so dass
sich beide äußerlich
gleichen. Insgesamt sind bei dieser Variante also mindestens zwei einander
gegenüberliegende
Absorberelemente vorhanden. Die Absorberelemente sind bezüglich ihres Abstandes
zueinander derart verstellbar, dass das Röntgenstrahlenbündel variabel
begrenzbar ist.
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Im Falle formgleicher Absorberelemente
liegen diese vorzugsweise spiegelsymmetrisch einander gegenüber, so
dass zueinander passende Abschnitte der Absorberelemente mit – bezüglich einem identischen
Bezugspunkt gemessener – gleicher Schlitzbreitenveränderung
(„gleicher
Schlitzbreite") einander
gegenüberliegen.
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Die Einblendvorrichtung nach der
ersten bevorzugten Variante ist in vorteilhafter Weise aus einzeln
fertigbaren, gegebenenfalls identischen oder gleichen, Absorberelementen
besonders einfach herstellbar.
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Bevorzugt ist bei der ersten bevorzugten
Variante eine Stelleinrichtung vorhanden, die derart auf die Absorberelemente
einwirkt, dass die Absorberelemente senkrecht oder schräg zur Schlitzlängsrichtung
bewegbar sind. Hieraus ergibt sich der spezielle Vorteil, dass die
Schlitzbreite zwischen den Absorberelementen oder Blendenbacken
stufenlos oder frei wählbar
ist und somit auch die an einem mit der Einblendvorrichtung ausgestatteten
Computertomographiegerät
einstellbare Schichtdicke nicht nur diskrete Werte annehmen kann.
Es sind auch breite Detektorzeilen nur teilweise bestrahlbar und
somit auch Schichten in einfacher Weise möglich, die dünner sind
als die Breite der Detektorelemente.
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Außerdem ist auch noch eine Nachregelung der
Blendeneinstellung bei einer während
des Betriebs auftretenden Veränderung
der Fokusgröße im Röntgenstrahler
möglich.
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Die Bewegung geschieht insbesondere
in einer Richtung parallel zu der Systemachse eines mit der Einblendvorrichtung
ausgestatteten CT-Geräts. Es
ist aber auch eine sehr platzsparende parallelogrammartige Bewegung
der Absorberelemente möglich,
bei der neben der Bewegungskomponente senkrecht zur Schlitzlängsrichtung
noch eine Bewegungskomponente parallel zur Schlitzlängsrichtung
auftritt bei stets gleichbleibender paralleler Ausrichtung der Absorberelemente.
Eine solche parallelogrammartige Bewegung ist insbesondere in
DE 42 26 861 C2 , speziell
im Anspruch 1, beschrieben.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung
der ersten Variante sind die Absorberelemente unabhängig voneinander
bewegbar. Damit ist es insbesondere möglich, die Absorberelemente
nicht nur gegenläufig
zueinander zu bewegen, sondern auch gleichlaufend in ein und dieselbe
Richtung. Dadurch ist beispielsweise eine Blendennachregelung auch
bei einer während
des Betriebs auftretenden Veränderung der
Fokusposition im Blendenstrahler möglich (Focal Spot Tracking).
Dies bedeutet, dass die gesamte Schicht bei konstanter Schichtbreite
in z-Richtung verschiebbar ist. Außerdem ist damit eine dynamische
Veränderung
der Kollimierungsbreite möglich, wobei
z.B. am Anfang und am Ende eines Spiral-Scans eine unerwünschte Überstrahlung
redu ziert werden kann, indem eines der Absorberelemente zu Beginn
des Scans noch geschlossen ist und erst mit Scan-Beginn und Beginn
der in Richtung der Systemachse stattfindenden translatorischen
Patientenliegenbewegung geöffnet
wird. Entsprechendes gilt umgekehrt für das Scan-Ende.
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Vorzugsweise weist die Stelleinrichtung
für jedes
der Absorberelemente ein gesondertes Stellmittel auf, wobei die
Stellmittel beispielsweise für eine
Linearbewegung des betreffenden Absorberelements ausgebildet sind.
Durch eine derartige Linearbewegung wird in vorteilhafter Weise
sichergestellt, dass zueinander passende Abschnitte der Absorberelemente „mit gleicher
Schlitzbreite" auch
nach einer Relativbewegung in Richtung der Systemachse noch einander
gegenüber
liegen.
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Mit besonderem Vorteil weisen die
Stellmittel eine, vorzugsweise gemeinsame, Linearführung auf sowie
jeweils ein auf die Absorberelemente wirkendes Antriebsmittel.
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Nach einer zweiten bevorzugten Variante
ist bei der Einblendvorrichtung nach der Erfindung das Absorberelement
als, bevorzugt einstöckiger
oder einteiliger, Körper
ausgebildet, in den mehrere Schlitze mit voneinander unterschiedlicher
mittlerer Schlitzbreite eingebracht sind, wovon zumindest einer
und vorzugsweise alle eine in Schlitzlängsrichtung variierende Schlitzbreite
aufweist bzw, aufweisen. Als mittlere Schlitzbreite wird z.B. ein
arithmetischer Mittelwert der in Schlitzlängsrichtung unterschiedlichen
Schlitzbreiten zu Grunde gelegt.
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Die Schlitze sind mit ihren Schlitzlängsrichtungen
vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet.
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Der Körper ist insbesondere in einer
Richtung senkrecht zur Schlitzlängsrichtung,
das ist speziell parallel zur Systemachse eines mit der Einblendvorrichtung
ausgestatteten Compu tertomographiegeräts, als Ganzes bewegbar, wozu
ein Antriebsmittel und/ oder eine Linearführung vorhanden sein kann.
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Im Hinblick auf eine raumsparende,
kompakte Bauweise ist es besonders von Vorteil, dass der Körper des
Absorberelements eben, insbesondere platten- oder scheibenartig,
ausgebildet ist. Eine solche Platte oder Scheibe ist auch besonders
einfach linear verschiebbar.
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Die gerätebezogene Aufgabe wird bezogen auf
das eingangs genannte Computertomographiegerät gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass
die Einblendvorrichtung des Computertomographiegeräts entsprechend
der Einblendvorrichtung nach der Erfindung ausgebildet ist. Dabei
steht die Schlitzlängsrichtung
vorzugsweise senkrecht auf der System- oder Rotationsachse.
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Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen
sowie Varianten gelten für
das Computertomographiegerät
nach der Erfindung analog zu der Einblendvorrichtung nach der Erfindung.
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Der Röntgendetektor des Computertomographiegeräts ist im
Besonderen ein matrixartiges Detektorarray, z.B. ein mehrzeiliger
Detektor oder ein flächenartiger
Detektor.
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Nach einer ganz besonderen Ausgestaltung des
Computertomographiegeräts
variiert die Schlitzbreite l = l(β)
in Abhängigkeit
vom Kosinus eines Fächerwinkels β, wobei der
Fächerwinkel β der Winkel zwischen
einem außermittigen
Strahl des Röntgenstrahlenbündels und
einem Zentralstrahl ist.
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Die Variation wird insbesondere durch
folgende Gleichung beschrieben: l(β) = C/cosβ + D, wobei
C und D für
den betreffenden Schlitz als Konstante bei der Fertigung wählbar sind.
Es sind auch diese Gleichung ap proximiernde funktionale Abhängigkeiten,
z.B. eine Reihenentwicklung nach dem Fächerwinkel β, anwendbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von drei Ausführungsbeispielen
und mittels der teils nur schematischen 1 bis 7 näher erläutert. Es
zeigen:
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1 in
teils perspektivischer, teils blockschaltbildartiger Darstellung
ein eine Einblendvorrichtung nach der Erfindung aufweisendes CT-Gerät,
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2 eine
bekannte Einblendvorrichtung, wobei perspektivisch die Funktion
der Einblendvorrichtung veranschaulicht ist,
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3 eine
weitere bekannte Einblendvorrichtung,
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4 die
Einblendvorrichtung des CT-Geräts
der 1 in einer schematischen
Darstellung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
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5 die
Einblendvorrichtung des CT-Geräts
der 1 in einer schematischen
Darstellung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
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6 die
Einblendvorrichtung des CT-Geräts
der 1 in einer schematischen
Darstellung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
und
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7 die
Einblendvorrichtung der 4 und 5 in einer Querschnittsdarstellung.
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In 1 ist
ein CT-Gerät 1 der
3. Generation im relevanten Ausschnitt dargestellt. Dessen Messanordnung
weist einen Röntgenstrahler 2 mit
einer dieser vorgelagerten quellennahen Einblendvorrichtung 3 und
einen als flächenhaftes
Array von mehreren Zeilen und Spalten von Detektorelementen – eines
von diesen ist in 1 mit
4 bezeichnet – ausgebildeten
Röntgendetektor 5 mit
einer diesem vorgelagerten optionalen detektornahen Strahlenblende (nicht
explizit dargestellt) auf. In 1 sind
der Übersichtlichkeit
halber nur 4 Zeilen von Detektorelementen 4 dargestellt,
der Röntgendetektor 5 kann
jedoch weitere Zeilen von Detektorelementen 4 aufweisen, optional
auch mit unterschiedlicher Breite b.
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Der Röntgenstrahler 2 mit
der Einblendvorrichtung 3 einerseits und der Röntgendetektor 5 mit seiner
Strahlenblende andererseits sind an einem (nicht explizit gezeichneten)
Drehrahmen (Gantry) einander derart gegenüberliegend angebracht, dass ein
im Betrieb des CT-Geräts 1 von
dem Röntgenstrahler 2 ausgehendes,
durch die einstellbare Einblendvorrichtung 3 eingeblendetes,
pyramidenförmiges
(in z-Richtung gesehen: fächerförmiges)
Röntgenstrahlenbündel, dessen
Randstrahlen mit 8 bezeichnet sind, auf den Röntgendetektor 5 auftrifft.
Dabei ist mittels der Einblendvorrichtung 3 und gegebenenfalls
mittels der detektornahen Strahlenblende ein gewünschter Querschnitt (genauer:
Halbwertsbreite) des Röntgenstrahlenbündels so
eingestellt, dass nur derjenige Bereich des Röntgendetektors 5 freigegeben
ist, der von dem Röntgenstrahlenbündel unmittelbar
getroffen werden soll. Dies sind in dem in der 1 veranschaulichten Betriebsmodus vier
Zeilen von Detektorelementen 4, die als aktive Zeilen bezeichnet
werden. Gegebenenfalls vorhandene weitere Zeilen sind von der detektornahen
Strahlenblende abgedeckt und daher nicht aktiv. Der Einblendvorrichtung 3 kommt
dabei vor allem auch die Bedeutung zu, eine unnötige Strahlenbelastung des Untersuchungsobjektes,
insbesondere eines Patienten, zu vermeiden, indem Strahlen, die
ohnehin nicht zu den aktiven Zeilen gelangen, auch vom Untersuchungsobjekt
oder Patienten ferngehalten werden.
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Der Drehrahmen kann mittels einer
nicht dargestellten Antriebseinrichtung um eine Systemachse Z in
Rotation versetzt werden. Die Systemachse Z verläuft parallel zu der z-Achse eines
in 1 dargestellten räumlichen
rechtwinkligen Koordinatensystems.
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Die Spalten des Röntgendetektors 5 verlaufen
ebenfalls in Richtung der z-Achse, während die Zeilen, deren Breite
b in Richtung der z-Achse gemessen wird und beispielsweise 1 mm
beträgt,
quer zu der Systemachse Z bzw. der z-Achse verlaufen. Der Röntgendetektor 5 ist
um eine zur z-Achse parallele Achse gekrümmt oder gewölbt.
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Um das Untersuchungsobjekt, z.B.
den Patienten, in den Strahlengang des Röntgenstrahlenbündel bringen
zu können,
ist eine Lagerungsvorrichtung 9 vorgesehen, die parallel
zu der Systemachse Z, also in Richtung der z-Achse verschiebbar
ist, und zwar derart, dass eine Synchronisation zwischen der Rotationsbewegung
des Drehrahmens und der Translationsbewegung der Lagerungsvorrichtung 9 in
dem Sinne vorliegt, dass das Verhältnis von Translations- zu
Rotationsgeschwindigkeit konstant ist, wobei dieses Verhältnis einstellbar
ist, indem ein gewünschter
Wert für
den Vorschub H der Lagerungsvorrichtung 9 pro Umdrehung
des Drehrahmens gewählt
wird.
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Es kann also ein Volumen eines auf
der Lagerungsvorrichtung 9 befindlichen Untersuchungsobjekts
im Zuge einer Volumenabtastung untersucht werden, wobei die Volumenabtastung
in Form einer Spiralabtastung in dem Sinne vorgenommen wird, dass
unter Rotation des Drehrahmens und gleichzeitiger Translation der
Lagerungsvorrichtung 9 pro Umlauf des Drehrahmens eine
Vielzahl von Projektionen aus verschiedenen Projektionsrichtungen
aufgenommen wird. Bei der Spiralabtastung bewegt sich der Fokus
F des Röntgenstrahlers 2 relativ
zu der Lagerungsvorrichtung 9 auf einer Spiralbahn S. Alternativ zu
diesem Spiral-Scan ist auch ein Sequenz-Scan möglich.
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Die während der Spiralabtastung aus
den Detektorelementen 4 jeder aktiven Zeile des Detektorsystems 5 parallel
ausgelesenen, den einzelnen Projektionen entsprechenden Messdaten
wer den in einer Datenaufbereitungseinheit 10 einer Digital/ Analog-Wandlung
unterzogen, serialisiert und an einen Bildrechner 11 übertragen,
der das Ergebnis einer Bildrekonstruktion auf einer Anzeigeeinheit 16,
z. B. einem Videomonitor, dargestellt.
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Der Röntgenstrahler 2, beispielsweise
eine Röntgenröhre, wird
von einer (optional ebenfalls mitrotierenden) Generatoreinheit 17 mit
den notwendigen Spannungen und Strömen versorgt. Um diese auf
die jeweils notwendigen Werte einstellen zu können, ist der Generatoreinheit 17 eine
Steuereinheit 18 mit Tastatur 19 zugeordnet, die
die notwendigen Einstellungen gestattet.
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Auch die sonstige Bedienung und Steuerung des
CT-Gerätes 1 erfolgt
mittels der Steuereinheit 18 und der Tastatur 19,
was dadurch veranschaulicht ist, dass die Steuereinheit 18 mit
dem Bildrechner 11 verbunden ist.
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Unter anderem kann die Anzahl der
aktiven Zeilen von Detektorelementen 4 und damit die Position
der Einblendvorrichtung 3 und der optionalen detektornahen
Strahlenblende eingestellt werden, wozu die Steuereinheit 18 mit
der Einblendvorrichtung 3 und der optionalen detektornahen
Strahlenblende zugeordneten Verstelleinheiten 20 bzw. 21 verbunden
ist. Weiter kann die Rotationszeit eingestellt werden, die der Drehrahmen
für eine
vollständige
Umdrehung benötigt,
was dadurch veranschaulicht ist, dass eine dem Drehrahmen zugeordnete
Antriebseinheit 22 mit der Steuereinheit 18 verbunden
ist.
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In 2 ist
dargestellt, welche Einblendung sich bei einer bekannten Einblendvorrichtung 3A mit zwei
getrennten ebenen Absorberelementen 30A, 31A ergibt.
Dargestellt ist ein Röntgenstrahlenbündel mit
Randstrahlen 8A, welches von einem Fokus F eines Röntgenstrahlers 2A ausgeht.
Das Röntgenstrahlenbündel weist
eine Vielzahl von Röntgenstrahlen
auf. Für
jeden Strahl gibt es einen Fächerwinkel β. Der Fächerwin kel β wird gemessen
bezüglich
eines Zentralstrahls 36A, der die Einblendvorrichtung 3A an
einer Mittenposition senkrecht durchtritt. Der Abstand des Zentralstrahls 36A von
den Absorberelementen 30A, 31A ist mit h0 bezeichnet.
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Die Ebene der Einblendvorrichtung 3A ist eine
Ebene senkrecht auf der Verbindungslinie vom Fokus F zur Drehachse
Z (siehe 1). Diese Verbindungslinie
fällt in 2 mit dem Zentralstrahl 36A zusammen.
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Die dargestellte herkömmliche
Einblendvorrichtung 3A weist für alle Fächerwinkel β die gleiche Öffnungs-
oder Schlitzbreite l auf. Daraus ergibt sich folgendes Problem:
Die beiden das in 2 rückseitige
Absorberelement 30A passierenden Randstrahlen 8A legen
ausgehend vom Fokus F jeweils einen Abstand h(β) vom Absorberelement 30A zurück, der vom
Fächerwinkel β abhängt: h(β) – h0/cosβ > h0 [Gl.
1]
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Demgegenüber weist der vergleichbare
Abstand h0 bei dem eingezeichneten Zentralstrahl 36A einen
geringeren Wert auf als bei den Randstrahlen 8A. Entsprechendes
gilt für
die Randstrahlen auf der gegenüberliegenden
Seite des Schlitzes 32A. Die Folge ist, dass auf dem Röntgendetektor 5A mit
seinen einzelnen Detektorelementen 4A im Querschnitt ein
Röntgenstrahlenbündel eingeblendet
wird, dessen Außenkontur 34A nicht
rechteckförmig
ist. Um alle Detektorelemente 4A der hier ausgeleuchteten Detektorzeile
mit ihrer Breite b voll auszuleuchten, muss die Außenkontur 34A so
eingestellt werden, dass ihre Breite d(β) am Rand in etwa der Breite
b der Detektorzeile entspricht. In Folge der unterschiedlichen Abstände h(β) ≠ h0 ergibt sich dann in der Mitte der Detektorzeile
eine größere Breite
d0 der Außenkontur 34A des
Röntgenstrahlenbündels. Der
in diesen bauchförmigen
Bereich hineinfallende hier übertrieben
dargestellte, aber dennoch hin sichtlich der Strahlendosis störende Anteil
des Röntgenstrahlenbündels wird
letztlich nicht genutzt.
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Für
die eingeblendete Breite d(β)
für einen außermittigen
Fächerwinkel β ergibt sich
aus dem Strahlensatz d(β) = x·l/h(β) [Gl. 2] und mit Gleichung
1: d(β)
= x·l·cosβ/h0 [Gl. 3]
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In den Gleichungen steht x für den Fokus-Detektorabstand.
Wegen der Krümmung
des Detektors 5A (siehe auch 1)
ist x für
einen Randstrahl 8A ebenso groß wie für den Zentralstrahl 36A. h0 kann auch als Differenz des Abstandes Fokus-Drehachse
und des Abstandes Blende-Drehzentrum verstanden werden und beträgt typisch
200 mm.
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In 3 ist
eine weitere bekannte Einblendvorrichtung 3A eines CT-Geräts in schematischer Darstellung
und perspektivischer Ansicht veranschaulicht. Die Einblendvorrichtung 3A weist
ein gekrümmtes
Absorberelement 51A auf, in dem ein Schlitz 32A gebildet
ist, den die Röntgenstrahlen ausgehend
vom Fokus F des Röntgenstrahlers 2A passieren
können.
Das Absorberelement 51A ist kreisbogenförmig gekrümmt, wobei der Mittelpunkt des
Kreisbogens im Fokus F des Röntgenstrahlers 2A liegt.
Dadurch soll – im
Hinblick auf das mit Gleichung 1 dargestellte Problem – gewährleistet
werden, dass der Abstand sowohl der Randstrahlen 8A als
auch eines Zentralstrahls 36A jeweils gemessen vom Fokus
F zu dem Absorberelement 51A jeweils den gleichen Wert
h aufweist. Dadurch soll erreicht werden, dass das auf den gekrümmten Röntgendetektor 5A eingeblendete
Röntgenstrahlenbündel im Querschnitt
eine rechteckförmige
Außenkontur 34A aufweist,
deren konstante Breite d an die Breite b einer oder mehrerer Detektorzeilen
anpassbar ist.
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In 4 ist
eine Einblendvorrichtung 3 nach der Erfindung, wie sie
in das CT-Gerät 1 der 1 mit dem gekrümmten Detektor 5 eingebaut
ist, in einer schematischen Darstellung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
wiedergegeben. Die Geometrie – insbesondere
auch hinsichtlich des Fokus-Detektorabstandes
x – ist
weitgehend mit der von 2 identisch,
weswegen hinsichtlich der verwendeten Bezeichnungen auf die schon
bei dieser Figur verwendeten Bezeichnungen zurückgegriffen wird.
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Die beiden aus Schwermetall, beispielsweise
aus Wolfram oder/ und aus Tantal, gefertigten Absorberelemente 30, 31 sind
unabhängig
voneinander, insbesondere auch gleichläufig oder gegenläufig, bewegbar
oder verfahrbar, was durch entsprechende Doppelpfeile 40, 41 in 4 angedeutet ist. Die Absorberelemente 30, 31 sind
derart geformt, d.h. weisen schlitzseitig eine derart gekrümmte Außenkontur
auf, dass der Schlitz 32 eine in Schlitzlängsrichtung 42 variierende
und zu den Schlitzenden hin zunehmende Schlitzbreite l aufweist.
Entsprechend sind die Absorberelemente 30, 31 an
ihren schlitzbegrenzenden Kanten 43 bzw. 44 konturiert.
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Die Erfindung geht von der Überlegung
aus, dass sich aus Gleichung 1 ergebende Problem ausgehend von Gleichung
3 dadurch zu lösen,
dass die eingeblendete Breite d(β)
als konstant angesetzt wird: d(β) ≡ d, und
dann Gleichung 3 nach einer als mit dem Fächerwinkel β variierend angenommenen Schlitzbreite
l = l(β)
aufgelöst
wird: l(β)
= d·h0/(x·cosβ) [Gl. 4]
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Die Schlitzbreite l = l(β) variiert
somit allgemein gemäß l(β)
= C/cosβ +
D = C·secβ + D [Gl.
5] mit dem Fächerwinkel β, wobei C
und D für
den betreffenden Schlitz 32 als vom Fächerwinkel β unabhängige Konstante gelten. Die
schlitzbegrenzenden Kanten 43 bzw. 44 sind entsprechend
abgerundet.
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Für
nicht allzugroße
Winkel ist auch ein nach einer Reihenentwicklung angenäherter Kurvenverlauf
verwendbar: l(β)
= E + F·β
2 [Gl. 6] wobei E und F für den betreffenden
Schlitz 32 als Konstante wählbar sind.
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In 5 ist
eine Einblendvorrichtung 3 nach der Erfindung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
dargestellt, wie sie in das CT-Gerät 1 der 1 einbaubar ist. Im Gegensatz
zu dem Ausführungsbeispiel
der 4 sind die schlitzbegrenzenden
Kanten 43A bzw. 44A der Absorberelemente 30, 31 nicht
gekrümmt,
sondern aus mehreren geradlinigen Abschnitten zusammengesetzt. Die
Absorberelemente 30, 31 weisen also eine eine
Krümmung
polygonartig approximierende Außenkontur
auf. In einem mittleren ersten Bereich 45 von ca. 50 mm
Länge ist
die Schlitzbreite l konstant. In je einem zu beiden Seiten des ersten
Bereichs 45 angrenzenden weiteren Bereich 46, 47 (Länge ca.
75 mm) nimmt die Schlitzbreite l linear zu den Enden hin zu. Die
Zunahme Δl
der Schlitzbreite l beträgt
z.B. 0,4 mm.
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Die Ausführung der Einblendvorrichtung 3 gemäß 5 ist insbesondere im Falle
einer Stelleinrichtung von Vorteil, die zur Veränderung der Blendenöffnung eine
parallelogrammartige Relativbewegung zwischen den Absorberelemente 30, 31 erzeugt.
Es hat sich nämlich
gezeigt, dass die bei der parallelogrammartigen Bewegung u.a. auch
stattfindende Bewegung in x-Richtung,
die zu einem Versatz der Mitten der Absorberelemente 30, 31 führt, bei
einer mit drei Bereichen 45, 46, 47 ausgeführten Einblendvorrichtung 3 besonders
wenig auswirkt, insbesondere derart, dass diesbezügliche Fehler
durch Einfließen
in eine zu Beginn einer Messung durchgeführte Kalibrierung weitestgehend
korrigiert sind.
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In 6 ist
eine Einblendvorrichtung 3 nach der Erfindung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
dargestellt, wie sie ebenfalls in das CT-Gerät 1 der 1 einbaubar ist. Hierbei
ist nur ein einziges, einstöckiges
oder einteiliges, platten- oder scheibenartiges Absorberelement 51 vorhanden,
in das mehrere Schlitze 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 mit
voneinander unterschiedlicher mittlerer Schlitzbreite eingebracht
sind. Die Schlitze 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 sind
parallel in Schlitzlängsrichtung 42 ausgerichtet und
weisen alle eine in Schlitzlängsrichtung 42 variierende
Schlitzbreite l auf. Die Länge
L des Absorberelements 51, gemessen in z-Richtung, beträgt ca. 70 mm,
seine Breite B, gemessen in x-Richtung,
ca. 200 mm: Das Absorberelement 51 ist also in 6 zur besseren Darstellung
der konturierten Öffnungen nicht
mit einem einheitlichen Massstab dargestellt. Das Absorberelement 51 ist
in z-Richtung, also senkrecht zur Schlitzlängsrichtung 42, linear
verschiebbar, was durch den Doppelpfeil 59 angedeutet ist. Entsprechende
Stellmittel, umfassend ein Antriebsmittel 60 und ein Führungselement 61,
sind nur schematisch gezeichnet.
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In 7 ist
die Einblendvorrichtung 3 der 4 und 5 in
einer Querschnittsdarstellung in z-Richtung nochmals erläutert. Darin
ist insbesondere ersichtlich, dass die Absorberelemente 30, 31 in der
Höhenrichtung
y, im Wesentlichen entsprechend der Richtung des ausgestrahlten
Röntgenstrahlenbündels, geringfügig zueinander
versetzt sind, um ein für
ein vollständiges
Schließen
der Einblendvorrichtung 3 notwendiges Überlappen der Absorberelemente 30, 31 zu
erreichen.
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Außerdem ist in 7 ersichtlich, dass als Stelleinrichtung 61 für das eine
Absorberelement 30 ein erstes Antriebsmittel 63 und
für das
andere Absorberelement 31 ein gesonder tes zweites Antriebsmittel 67 vorhanden
sein kann, die über
Zahnriemen und/ oder Getriebe auf die entlang einer gemeinsamen
Linearführung 65 verschiebbaren
Absorberelemente 30, 31 wirken. Die Stelleinrichtung 61 steht
mit der Steuereinheit 18 in Verbindung. Die Stelleinrichtung 61 kann
alternativ beide Absorberelemente 30, 31 mit einem
gemeinsamen Motor antreiben.